9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 113 Erhalt von Betonbauwerken mit Carbonbeton - Aktuelle Einblicke in die Praxis Prof. Dr.-Ing. Alexander Schumann CARBOCON GMBH & IU Internationale Hochschule, Dresden Dr.-Ing. Juliane Wagner CARBOCON GMBH, Dresden Dipl.-Wirt.-Ing. Miriam Melzer CARBOCON GMBH, Dresden Zusammenfassung Die Sanierung und Verstärkung bestehender Bauwerke mit Carbonbeton eröffnet neue Möglichkeiten zur Ressourcenschonung und Lebensdauerverlängerung im Bauwesen. Anhand von Praxisprojekten, wie der Sanierung des denkmalgeschützten Amtsschlachthofs in Dresden und der Verstärkung von Stahlbetonrippendecken mit Hohlziegel-Füllkörpern im Deutschen Optischen Museum in Jena, werden die technischen Möglichkeiten und die Potentiale des CARBOrefit ® - Verfahrens zum Verstärken mit Carbonbeton veranschaulicht. Von der Ertüchtigung denkmalgeschützter Bauwerke über die Verstärkung von Brücken bis hin zur Instandsetzung wasserführender Bauwerken lassen sich bereits heute die Vorteile des Carbonbetons in die Anwendung bringen. Die spezifischen Eigenschaften des Carbonbetons machen den innovativen Baustoff dabei zu einer effektiven Alternative für anspruchsvolle Bauaufgaben. 1. Einführung Der Bausektor steht vor grundlegenden Herausforderungen, die sich aus den Anforderungen an Klimaneutralität, Ressourcenschonung und Kreislaufwirtschaft ergeben. Mit einem Anteil von etwa 40 % an den globalen CO₂- Emissionen und über 50 % des weltweiten Ressourcenverbrauchs nimmt die Bauwirtschaft eine Schlüsselrolle im globalen Bestreben zur Reduktion von Umweltauswirkungen ein [1]. Besonders der Abriss und Neubau von Bauwerken stellen durch den hohen Energie- und Ressourcenbedarf einen bedeutenden Verursacher von Umweltschäden dar. Vor diesem Hintergrund wird der Erhalt und die Sanierung bestehender Bauwerke zunehmend als nachhaltige Alternative angesehen. Die Verlängerung der Nutzungsdauer vorhandener Gebäude reduziert nicht nur den Bedarf an Neubauten, sondern vermeidet auch die Entstehung von Bauabfällen und den Einsatz neuer Rohstoffe. In der Praxis gewinnen dabei innovative Technologien zur Verstärkung von Bauwerken immer mehr an Bedeutung, insbesondere der Einsatz von Carbonbeton [2], [3]. Carbonbeton ist ein Verbundwerkstoff aus einem Beton und einer nichtmetallischen Carbonbewehrung. Die Korrosionsbeständigkeit der Carbonbewehrung erlaubt eine signifikante Reduktion der Betondeckung, wodurch die Materialeffizienz und Langlebigkeit des Werkstoffs erhöht werden und sich im Vergleich zum konventionellen Stahlbeton Material- und Emissions-einsparungen realisieren lassen [2]. Die Entwicklung und Einführung bauaufsichtlicher Zulassungen und Bauartgenehmigungen, wie für das CARBOrefit ® -Verfahren [4], hat die Anwendung dieser Technologie im Bauwesen erheblich erleichtert. Die wachsende Zahl erfolgreich realisierter Projekte verdeutlicht, wie Carbonbeton sowohl ökologische als auch wirtschaftliche Vorteile, insbesondere beim Bauen im Bestand, bietet. 2. Bauwerkserhalt mit Carbonbeton Die Instandsetzung und Verstärkung bestehender Bauwerke spielt eine zentrale Rolle bei der Reduktion von Ressourcenverbrauch und CO₂-Emissionen. Insbesondere bei der Sanierung von Betonbauwerken hat sich Carbonbeton als nachhaltige und leistungsfähige Lösung etabliert, um die Tragfähigkeit zu erhöhen und die Lebensdauer zu verlängern [2]. Im Folgenden werden die wesentlichen Aspekte, die in der Vergangenheit auf Basis einer Vielzahl von Praxisanwendungen immer wieder nachgefragt wurden, von den Materialien, über die Planung und Ausführung bis hin zum Abbruch und Recycling von Carbonbetonverstärkungen dargestellt. 2.1 Materialien und Verfügbarkeit Der für das CARBOrefit ® -Verfahren eingesetzte Carbonbeton besteht aus einem hochfesten (aber auf den Bestand angepassten) Feinbeton und einer Bewehrung aus Carbonfasern. Die Carbonbewehrung zeichnet sich durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit, Leistungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit aus. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer dicken Betondeckung zum Schutz der Bewehrung, was zu erheblichen Materialeinsparungen führt. So werden bei der Verstärkung mit Carbonbeton Betondeckungen von lediglich 3 - 5 mm zur Übertragung der Verbundkräfte benötigt. Für Verstärkungsprojekte, welche entsprechend der allgemeinen bauaufsichtlichen Zu- 114 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 Erhalt von Betonbauwerken mit Carbonbeton - Aktuelle Einblicke in die Praxis lassung / allgemeinen Bauartgenehmigung Z-31.10-182 [4] geplant werden, sind in der Zulassung entsprechende Materialkombinationen definiert. Hierbei lassen sich die Carbongitterbewehrungen auf das jeweilige Projekt individuell anpassen. Variationen können dabei hinsichtlich Gittertyp sowie Gittergeometrie vorgenommen werden: Gittertypen: • CARBOrefit ® -Typ 1: Dieser Gittertyp zeichnet sich durch eine weichere Tränkung aus, was eine erhöhte Flexibilität ermöglicht. Dadurch eignet sich der Typ 1 besonders für die Verstärkung gekrümmter Bauteile. Allerdings besitzt dieser Typ im Vergleich zu Typ 3 geringere Bemessungswerte, weshalb er vor allem bei moderaten Tragfähigkeitsdefiziten eingesetzt wird [4,5]. • CARBOrefit ® -Typ 3: Typ 3-Gitter verfügen über eine modifizierte Tränkung und dadurch höhere Bemessungswerte, wodurch eine einzelne Verstärkungsschicht dieses Typs deutlich höhere Kräfte aufnehmen kann. Dies führt zu einer Materialeinsparung und einer höheren Wirtschaftlichkeit bei größeren statischen Defiziten. Allerdings ist der Typ 3 aufgrund seiner geringeren Flexibilität weniger für stark gekrümmte Bauteile geeignet [4,5]. Gittergeometrien: • Regelausführung: Diese Gittervariante verwendet in Kettrichtung (Haupttragrichtung) Carbon-faserstränge mit 48k bzw. 50k und in Schussrichtung mit 12k. Sie eignet sich besonders für hohe Verstärkungsgrade [4,5]. • Sonderausführung: Bei dieser Variante können in Schussrichtung 12k bis 50k Faserstränge verwendet werden und die Abstände der Faserstränge in Kettrichtung kann variiert werden, wodurch die Querschnittsfläche gezielt an die statischen Anforderungen angepasst werden kann. Diese Flexibilität ermöglicht eine wirtschaftlichere Gestaltung der Verstärkungsmaßnahme [4,5]. Aufgrund einer fortschreitenden Etablierung am Markt ist eine kosteneffektive Verfügbarkeit der Materialien gewährleistet. Diese können direkt bei den jeweiligen Materialherstellern bezogen werden. Die Carbongitter sind sowohl als Matten als auch in Rollenware erhältlich. Rollenware bietet den Vorteil, Übergreifungsstöße in Kettrichtung zu vermeiden und Transportkosten zu sparen. Die genauen Abmessungen und Transportmaße sind projektspezifisch mit den Herstellern abzustimmen [5]. 2.2 Planung und Bemessung Das CARBOrefit ® -Verfahren sollte frühzeitig in die Planung von bauwerkserhaltenden Maßnahmen integriert werden. Es bietet Planenden die Möglichkeit, bereits in der Entwurfsphase Randbedingungen abzustecken und Lösungen wirtschaftlich und nachhaltig zu entwickeln. Das Verfahren basiert auf der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung / allgemeinen Bauartgenehmigung Z-31.10-182 [4]. Die in der Bemessung zu erbringenden Nachweise für Carbonbetonverstärkungen basieren auf den bekannten Prinzipien der Tragwerksplanung (Eurocode). Notwendige Nachweise umfassen dabei: • Biegetragfähigkeit, • Querkrafttragfähigkeit (ohne Ansatz der Carbonbetonschicht), • Verbundfuge zwischen Alt- und Carbonbeton, • Versatzbruch und Endverankerung, • Gebrauchstauglichkeitsnachweise, • Feuerwiderstandsdauer (unter Berücksichtigung des aufgebrachten Feinbetons). Die Berechnungsmethoden orientieren sich an den Verfahren des Stahlbetonbaus. An dieser Stelle wird auf die genaue Beschreibung verzichtet und für nähere Ausführungen auf [5, 6] verwiesen. Heutzutage können Planende auch auf Bemessungsprogramme zurückgreifen. Mit dem FRILO-Modul „Stahlbetonbemessung B2“ können Planende die Berechnung von Carbonbetonverstärkungen durchführen. Nachfolgend wird auf den Nachweis der Verstärkungsmaßnahme im Brandfall explizit eingegangen, da dies in der Praxis häufig nachgefragt wird. Nachweis der Biegetragfähigkeit im Brandfall Nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung (abZ/ aBG) [4] dürfen die Verstärkungsschichten aus Carbonbeton im Brandfall aktuell noch nicht statisch angesetzt werden. Dies bedeutet, dass die positive Wirkung der Carbonfasern im Brandfall zum aktuellen Zeitpunkt nicht mit angesetzt werden darf, auch wenn dies in der Forschung schon nachgewiesen werden konnte [7]. Dementsprechend muss die Tragfähigkeit des Bauteils unter Brandeinwirkung allein durch die Bestandskonstruktion nachgewiesen werden. Diese Anforderung erfordert eine Heißbemessung, die sich an den Regelwerken des Stahlbetonbaus entsprechend der DIN EN 1992-1-2 [8] orientiert. Der CARBOrefit ® -Feinbeton gehört gemäß DIN EN 1504- 3 [9] zur Klasse R4 der Instandsetzungsmörtel, die durch hohe mechanische Eigenschaften gekennzeichnet sind und hochfesten Betonen ähneln. Bauaufsichtlich geregelte Schichtdicken bis 25 mm haben sich in Untersuchungen als widerstandsfähig gegen Abplatzungen erwiesen, was auf das sehr feine Rissbild des Feinbetons zurückzuführen ist. Zusätzlich wirkt die Verstärkungsschicht durch ihre Betondeckung temperaturdämpfend auf den Bestandsstahl. Der Feinbeton ist der Baustoffklasse A1 (nicht brennbar) zugeordnet [10], während eine allgemeine Einordnung des Verbundwerkstoffs Carbonbeton noch aussteht. Die Heißbemessung erfolgt analog zur Nachweisführung im Stahlbetonbau. In der Praxis bedeutet dies, dass der Nachweis für den Brandfall komplett durch die Bestandskonstruktion nachgewiesen werden muss. Dadurch, dass im Brandfall geringere Bemessungslasten aufgrund des außergewöhnlichen Lastfalls anzusetzen sind und die zusätzliche Betonschicht der Carbonbetonverstärkung den Bestandsstahl schützt, 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 115 Erhalt von Betonbauwerken mit Carbonbeton - Aktuelle Einblicke in die Praxis kann in den meisten Fällen der Nachweis rechnerisch erbracht werden. Einzig bei sehr hohen Brandanforderungen müssen ggfs. Kompensationsmaßnahmen erfolgen. 2.3 Ausführung Die Ausführung von Carbonbetonverstärkungen erfolgt in der Regel durch das Auf bringen einer dünnen Carbonbetonschicht im Handlaminier- oder Spritzverfahren. Je nach Anforderung können ein oder mehrere Lagen Carbonbewehrung eingebettet werden, wodurch eine flexible Anpassung an die statischen Erfordernisse möglich ist. Dank der geringen Schichtdicken von nur wenigen Millimetern kann die Verstärkung ohne große Eingriffe in die bestehende Bauwerksstruktur durchgeführt werden. Die ausführenden Unternehmen profitieren vom geringen Gewicht der eingesetzten Materialien, welche kleinere Kolonnengrößen sowie ein deutlich vereinfachtes Arbeiten über Kopf ermöglichen [2, 4, 5, 6]. Eine wichtige Voraussetzung für die fachgerechte Ausführung ist die Qualifikation der ausführenden Unternehmen, die nach den Anforderungen des Deutschen Institutes für Bautechnik (DIBt) zertifiziert sein müssen. Dies ist in den „Grundsätzen für den Eignungsnachweis zur Ausführung von Arbeiten zur Verstärkung von Betonbauteilen mit Carbonbeton nach den gültigen allgemeinen Bauartgenehmigungen“ gelistet. Durch eine strenge Überwachung der Bauausführung kann eine gleichbleibende Qualität und Langlebigkeit der Verstärkungsmaßnahmen sichergestellt werden. Die ausführenden Firmen erhalten nach erfolgreicher Prüfung durch die Gütegemeinschaft im Bauwesen e.V. (GÜB) einen Eignungsnachweis [11], welcher Sie befähigt, und berechtigt Verstärkungsarbeiten entsprechend der Zulassung auszuführen. Mittlerweile hat sich ein deutschlandweites Netzwerk aus zahlreichen ausführenden Firmen etabliert, die als lokale Partner Projekte fachgerecht ausführen können [5]: Abb. 1: Standorte von ausführenden Firmen mit gültigem CARBOrefit®-Eignungsnachweis (CARBOCON GMBH). 2.4 Abbruch und Recycling Aufgrund der hohen Lebensdauer von Carbonbeton-Verstärkungsschichten - mit Nutzungszeiten von über 100 Jahren - fallen aktuell kaum Abbruchmengen an [12]. Dennoch ist es essenziell im Kontext der Kreislauffähigkeit und Nachhaltigkeit bereits heute Konzepte und Verfahren für ein effektives Abbrechen und Recyclen von Bauprodukten zu gewährleisten. Ähnlich wie beim Stahlbeton werden auch beim Abbruch und Recycling von Carbonbeton zunächst Fremdstoffe entfernt und das Material anschließend mechanisch zerkleinert. Die Trennung der Betonmatrix von der Carbonbewehrung erfolgt mithilfe alternativer Sortiertechnologien, wie beispielsweise kamera-basierten Verfahren. Damit lassen sich bis zu 98 % der Carbonbewehrung aus dem Abbruchmaterial zurückgewinnen. Die recycelte Betonfraktion wird, analog zum Stahlbeton, entweder als Zuschlagstoff für Frischbeton genutzt oder im Straßen- und Wegebau eingesetzt. Die aus dem Recyclingprozess gewonnenen Kohlenstofffasern können zur Herstellung neuer Produkte verwendet werden, wodurch wertvolle Primärressourcen geschont werden. Alternativ ist auch eine thermische Verwertung möglich, insbesondere bei kleineren Materialmengen. Im Rahmen des Forschungsprojektes „WIR! recyceln Fasern“ werden zu dem weitergehende Strategien erarbeitet, um die Wertschöpfungskette für Carbonbeton zu schließen und die Nutzung recycelter Materialien weiter voranzutreiben [12]. Beim Einsatz von Carbonbeton ist dabei stets gewährleistet, dass keine gesundheitsschädigenden Faserstäube freigesetzt werden. Dies beschreibt die RAL-RG 351 „Verhinderung von Gefährdungen durch biobeständige, lungengängige Faserstäube bei der Carbonbetonbauweise“ des Deutschen Instituts für Gütesicherung und Kennzeichnung (RAL), welche zeigt, dass für den Einsatz von matten- und stabförmigen Carbonbewehrungen im Betonbau ausschließlich Kohlenstofffasertypen zugelassen sind, die aufgrund ihrer Fasermorphologie oder ihres Bruchverhaltens keine gesundheitlich relevanten Faserstäube freisetzen [12, 13]. Daher sind sowohl bei der Produktion und Ausführung als auch beim Abbruch und Recycling keine über das übliche Maß hinausgehenden Arbeitsschutzmaßnahmen erforderlich. 3. Aktuelle Einblicke in die Praxis In den letzten Jahren hat sich die Carbonbeton-Technologie in der Baupraxis etabliert und wird in einer Vielzahl von Projekten erfolgreich umgesetzt. Der Einsatz reicht dabei von standardisierten, effizienten Anwendungen bis hin zu anspruchsvollen Sonderlösungen im Hochbau, Ingenieurbau und Infrastrukturbereich. Dies ermöglicht es, sowohl die Kosten zu optimieren als auch die Lebensdauer bestehender Bauwerke erheblich zu verlängern. Die folgenden Praxisbeispiele illustrieren das breite Anwendungsspektrum und die Flexibilität dieser Technologie. 116 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 Erhalt von Betonbauwerken mit Carbonbeton - Aktuelle Einblicke in die Praxis 3.1 Effiziente Umsetzung nach Zulassung - Verstärken von Deckenfeldern aus Stahlbeton Für das Verstärken von Stahlbeton mit Carbonbeton liegt mit der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung / allgemeinen Bauartgenehmigung Z-31.10-182 [4] eine bauregulatorische Grundlage vor, auf dessen Basis Projekte besonders effizient umgesetzt werden können. Ein Beispiel hierfür ist die Sanierung der Deckenfelder des historischen Amtsschlachthofes in Dresden. Der 1901 errichtete Amtsschlachthof, ehemals einer der größten und modernsten Schlachthöfe Europas, ist Bestandteil eines umfassenden Denkmalschutz-ensembles mit 68 Gebäuden auf einer Fläche von 36 Hektar. Nach der Stilllegung im Jahr 1994 führten jahrzehntelanger Leerstand und äußere Einwirkungen zu erheblichen baulichen Schäden, insbesondere an den Tragstrukturen. Ziel der Sanierungsmaßnahme war es, die Tragfähigkeit der Decken unter wirtschaftlichen Aspekten sicherzustellen, um die Gebäude einer nachhaltigen Nachnutzung als Innovationscampus zuzuführen. Abb. 2: Der Amtsschlachthof in Dresden vor der Sanierung (CARBOCON GMBH). Ein zentraler Bestandteil des Projektes ist die statische Verstärkung der bestehenden Stahlbetondecken in den Gebäuden 2 bis 4. Untersuchungen an den 8 bis 12 cm starken Bestandsdecken mit Spannweiten von bis zu 4,20 m zeigten eine Druckfestigkeitsklasse C20/ 25. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurde zunächst untersucht, ob die Anwendung einer Carbonbetonverstärkung als materialeffizientere Alternative zu einer 80 mm starken Spritzbetonschicht möglich ist. Nach positiver Bestätigung der Machbarkeit fiel die Wahl auf die Verwendung einer CARBOrefit ® -Carbonbeton-Verstärkung, die sich durch Korrosionsbeständigkeit und ein geringes Eigengewicht auszeichnet. Hierzu muss erwähnt werden, dass die Wahl auf eine Carbonbetonverstärkung primär durch den wirtschaftlichen Aspekt (im Vergleich zur Spritzbetonlösung konnte immense Mengen Material und Kosten eingespart werden) begründet war. Abb. 3: Deckenfelder des Amtsschlachthofs in Dresden vor der Sanierung (CARBOCON GMBH). Die minimalinvasive Verstärkung mit Carbonbeton führte zu einer deutlichen Reduktion des Materialeinsatzes im Vergleich zu herkömmlichen Methoden, wie etwa der Spritzbetonverstärkung, die Schichtdicken von bis zu 80 mm erfordert hätte. Zum Einsatz kamen ein bis zwei Lagen Typ 3 CARBOrefit ® -Carbonbewehrung und ein Feinbeton gemäß abZ/ aBG Z-31.10-182 [4]. Die 10 - 15 mm dünne Carbonbetonschicht ermöglichte eine Traglaststeigerung von > 50 % ohne eine zusätzliche Verdübelung am Bestand. Durch den Einsatz von Carbonbeton konnten angrenzende Bauteile ohne zusätzliche Maßnahmen durch kaum Zusatzgewicht aus den Decken in das Tragwerk integriert bleiben, was in Summe zu einem besonders materialeffizienten und wirtschaftlichen Ergeb nis führte. Die Ausführung der Verstärkung erfolgte im Frühjahr 2023. Abb. 4: Deckenfelder des Amtsschlachthofs in Dresden nach Verstärkung mit Carbonbeton (CARBOCON GMBH). Die Sanierungsmaßnahme ermöglichte die Wiederherstellung der statischen Leistungsfähigkeit der Decken unter Beibehaltung der architektonischen Substanz. Die dünnen Verstärkungsschichten fügen sich unauffällig in das bestehende Tragwerk ein, wodurch die ursprünglichen Deckengeometrien erhalten blieben. Zudem konnten durch die Verwendung von Carbonbeton signifikante Einsparungen in Bezug auf Materialverbrauch und CO 2 - Emissionen erzielt werden. 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 117 Erhalt von Betonbauwerken mit Carbonbeton - Aktuelle Einblicke in die Praxis Das Projekt verdeutlicht, wie durch den Einsatz moderner Baumaterialien und -technologien bestehende Bauwerke erhalten und für neue Nutzungen auf bereitet werden können. Die Anwendung des CARBOrefit ® -Verfahrens, dessen Randbedingungen dem Anwendungsgegenstand der Zulassung entsprachen, ermöglichte eine besonders effiziente Lösung, die sowohl ökologisch als auch wirtschaftlich herkömmliche Verfahren übertraf. Die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung und die Skalierbarkeit des Verfahrens eröffnen neue Perspektiven und gewährleisten eine unkomplizierte, schnelle und kosteneffektive Umsetzung weiterer Projekte. 3.2 Innovative Sonderlösungen - Verstärken historischer Stahlbetonrippendecken mit Hohlziegel- Füllkörpern Die Sanierung und Modernisierung des Deutschen Optischen Museums in Jena stellt ein exemplarisches Projekt zur Anwendung innovativer Verstärkungstechnologien im denkmalgeschützten Baubestand dar. Im Rahmen der Neukonzeption des Gebäudekomplexes war eine Erhöhung der Nutzlasten erforderlich, wodurch Tragfähigkeitsdefizite bei mehreren historischen Stahlbetonrippendecken auftraten. Zur Sicherstellung der Tragfähigkeit und zur Vermeidung umfangreicher Eingriffe in die Bausubstanz wurde erstmals eine Verstärkung mit einer einlagig bewehrten Carbonbetonschicht auf Hohlziegeldecken angewandt. Abb. 5: Deutsches Optisches Museum in Jena (CAR- BOCON GMBH). Das zwischen 1923 und 1924 errichtete Gebäude, ursprünglich als Optikerschule genutzt, ist ein fünfgeschossiger Massivbau mit Ziegelmauerwerkswänden, Stahlbetonstützen und Stahlbetonrippendecken. Die Decken spannen in der Regel als Einbis Dreifeldsysteme über Außen- und Innenwände sowie Stahlbetonunterzüge. Die Spannweiten variieren zwischen 2,60 m und 6,80 m. Die Tragstruktur der Rippendecken besteht aus Hohlziegel- Füllkörpern mit Vollbetonquerschnitten in den Auflagerbereichen. Im Vergleich zu konventionellen Maßnahmen, wie dem vollständigen Austausch der Decken, bietet die Verstärkung mit Carbonbeton erhebliche Vorteile in denkmalpflegerischer, ökologischer und ökonomischer Hinsicht. Die minimalinvasive Methode ermöglicht die Auf bringung einer ca. 10 - 15 mm dünnen Carbon-betonschicht, ohne das statische Gewicht der Decken zu erhöhen, da der abgetragene Putz kompensierend wirkt. Dadurch konnten zusätzliche Verstärkungen an Fundamenten oder Unterzügen sowie komplizierte Bauzustände vermieden werden. Zur Verstärkung wurde das CARBOrefit ® -Verfahren verwendet, bestehend aus einem einlagigen Carbongitter (CARBOrefit ® -Typ 3) und einem Feinbeton gemäß abZ/ aBG Z-31.10-182 [4]. Die Herstellung der Verstärkung erfolgte in fünf Arbeitsschritten: 1. Öffnen der Hohlziegel und Freilegen der Bewehrung: Vorbereitung der tragenden Bereiche durch Entfernen der oberen Ziegelschicht. 2. Einbau von Hartschaumstoff-Füllkörpern: Stabilisierung der geöffneten Ziegelbereiche mit zugeschnittenem Hartschaumstoff. 3. Reprofilierung der Betonstege: Wiederherstellung der Tragfähigkeit der Rippenelemente mit faserverstärktem PCC-Betonersatz. 4. Ausgleich der Zwischenräume: Verfüllung der Bereiche zwischen den Rippen mit Leichtmörtel zur Schaffung einer ebenen Grundlage. 5. Auftrag des Carbonbetons: Applikation der Carbonbetonschicht auf die vorbereitete Fläche zur Verstärkung der Deckenstruktur. Zur Überprüfung der Wirksamkeit der Verstärkungsmaßnahme wurden ausgewählte bereits verstärkte Deckenfelder einer experimentellen Belastungsprüfung im Bestand unterzogen. Diese Tests bestätigten die Eignung der Verstärkung zur Kompensation der Tragfähigkeitsdefizite und ermöglichten eine vorhabenbezogene Bauart-genehmigung. Die Belastungsversuche liefern zudem eine Grundlage für den rechnerischen Nachweis zukünftiger Anwendungen. Die Verstärkung der Decken im Deutschen Optischen Museum zeigt die technische Umsetzbarkeit von anspruchsvollen Projekten mit Abweichungen vom Regelungsgegenstand der Zulassung. Neben der Erhaltung der architektonischen Substanz wurde durch die gewichtsneutrale Verstärkung eine ökonomische und nachhaltige Lösung umgesetzt. Das Projekt verdeutlicht die Rolle innovativer Materialien für das Bauen im Bestand. 3.3 Weitere Projekte im Überblick Über die beiden detailliert vorgestellten Projekte hinaus wird das CARBOrefit ® -Verfahren bereits in verschiedenen Anwendungsfeldern genutzt, die von Infrastrukturprojekten bis hin zu Spezialanwendungen im Trinkwasserbereich reichen. Die spezifischen Materialeigenschaften des Carbonbetons, wie Korrosionsbeständigkeit, hohe Tragfähigkeit bei geringer Materialstärke und eine einfache Applikation, ermöglichen eine vielseitige Nutzung bei gleichzeitig reduzierten Eingriffen in die Bestandsstruktur [2, 5, 6]. 118 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 Erhalt von Betonbauwerken mit Carbonbeton - Aktuelle Einblicke in die Praxis Abb. 6: Belastungsversuche ausgewählter Deckenfelder (CARBOCON GMBH). Verstärkung von Brückenbauwerken: Im Brückenbau kommt das CARBOrefit ® -Verfahren bei der Instandsetzung und Verstärkung bestehender Bauwerke zur Anwendung. Besonders bei Brücken mit Tragfähigkeitsdefiziten oder erhöhten Anforderungen an die Nutzlast bietet das Verfahren eine effektive Möglichkeit, die bestehende Substanz zu erhalten. Projekte wie die Brücke „Kleine Schönbuschallee“ in Aschaffenburg (siehe Abbildung 7) [5, 14], die denkmalgeschützte Eisenbetonbrücke zur Thainburg in Naumburg (Saale) [5, 6, 15], die mehrzügige Autobahnbrücke über die Nidda [5,6,16,17,18] und die historische Bogenbrücke bei Naila [5] verdeutlichen, dass die Verstärkung mit Carbonbeton eine Möglichkeit darstellt, bestehende Bauwerke verschiedenster Größen- und Anforderungskategorien an heutige und zukünftige Belastungen anzupassen. Die Korrosionsbeständigkeit der Carbonbewehrung trägt dabei zur Reduktion langfristiger Instandhaltungskosten bei. Abb. 7: Brücke „Kleine Schönbuschalle“ in Aschaffenburg während der Sanierung mit Carbonbeton (LEON- HARD WEISS GmbH & Co. KG). Denkmalgeschützte Projekte: Im Bereich des Denkmalschutzes wird das CARBOrefit ® -Verfahren aufgrund seiner geringen Eingriffstiefe in die bestehende Bausubstanz eingesetzt. Die minimalinvasive Verstärkung ermöglicht es, Tragfähigkeitsdefizite zu beheben, ohne das Erscheinungsbild oder den historischen Charakter der Bauwerke zu beeinträchtigen. An den Beispielen der Hyparschale in Magdeburg [5, 6, 14, 19, 20] und des Beyer-Baus [2, 5, 6] der Technischen Universität in Dresden zeigt sich, dass das Verfahren den Erhalt von Bauwerken mit denkmalpflegerischem Wert und die Erfüllung moderner Nutzungsanforderungen miteinander verbindet. Abb. 8: Hyparschale in Magdeburg nach der Sanierung (Marcus Bredt). Anwendungen im Trinkwasserbereich und bei der Sanierung von Kanalanlagen: Die Beständigkeit des Carbonbetons gegenüber chemischen Einflüssen und die Möglichkeit, fugenlose Verstärkungen auszuführen, machen das Verfahren auch für wasserführende Bauwerke anwendbar. Einige der zugelassenen Materialien besitzen Nachweise entsprechend DVGW W 270 (Hygienische Unbedenklichkeit) [21] sowie W 347 (Hygienische Anforderungen an zement-gebundene Werkstoffe im Trinkwasserbereich) [22], die eine Eignung im Trinkwasserbereich bestätigen. Auch im Bereich von Kanalanlagen, wie bei den Projekten in Feldafing und beim Hauptsammler in Leipzig 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 119 Erhalt von Betonbauwerken mit Carbonbeton - Aktuelle Einblicke in die Praxis [5], wurde Carbonbeton bereits für die Verstärkung und Instandsetzung angewendet. Diese Projekte zeigen, dass der Baustoff auch in sensiblen Bereichen eingesetzt werden kann, in denen neben Tragfähigkeitsauch erhöhte Dichtheitsanforderungen erfüllt werden müssen. Abb. 9: Sanierung des Hauptsammlers in Leipzig mit Carbonbeton (solidian GmbH). 4. Fazit und Ausblick Die wachsenden Herausforderungen des Klimawandels, der Ressourcenknappheit und der Anforderungen an eine klimaneutrale Bauweise unterstreichen die Notwendigkeit innovativer Technologien im Bauwesen. Carbonbeton hat sich als leistungsfähige und nachhaltige Lösung für den Erhalt von Bestandsbauwerken etabliert. Durch die Kombination aus Korrosionsbeständigkeit, Materialeffizienz und Vielseitigkeit ermöglicht diese Technologie nicht nur eine signifikante Reduktion von CO₂- Emissionen und Materialverbrauch, sondern trägt auch dazu bei, historische Bauwerke zu bewahren und moderne Infrastrukturen zu stärken. Die vorgestellten Praxisprojekte verdeutlichen das breite Anwendungsspektrum des Verfahrens - von der denkmalgerechten Sanierung über den Brückenbau bis hin zu wasserführenden Bauwerken. Die Ergebnisse zeigen, dass Carbonbeton nicht nur eine technische, sondern auch eine wirtschaftliche Alternative zu konventionellen Verstärkungsmethoden darstellt. Besonders hervorzuheben ist die Fähigkeit des Verfahrens, sich flexibel an unterschiedliche Anforderungen anzupassen, sei es durch angepasste Gittergeometrien, projektspezifische Planungsansätze oder materialeffiziente Lösungen für hochsensible Bereiche. Das CARBOrefit ® -Verfahren zeigt eindrucksvoll, wie innovative Materialien und Methoden zur Lösung drängender Herausforderungen im Bauwesen beitragen können. Mit seinem Potenzial, die Lebensdauer bestehender Bauwerke zu verlängern und die Umweltauswirkungen signifikant zu reduzieren, leistet Carbonbeton einen wichtigen Beitrag zur Transformation der Baubranche hin zu einer ressourcenschonenden, nachhaltigen und klimaneutralen Zukunft. Literaturverzeichnis [1] Vereinte Nationen: 2022 Global Status Report for Buildings and Construction. [2] Curbach, M.; Müller, E.; Schumann, A.; May, S.; Wagner, J.; Schütze, E.: Verstärken mit Carbonbeton .In: Bergmeister, K.; Fingerloss, F.; Wörner, J.-D. 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Fachkongress Konstruktiver Ingenieurbau. Tagungshandbuch 2024. [15] Schumann, A.; May, S.; Geißler, J.; Thorwarth, F.: Erhalt einer der ersten „Eisenbeton“-Brücken Deutschlands - dank Carbonbeton! 5. 5. Brückenkolloquium, Technische Akademie Esslingen, 2022. [16] Steinbock, O., Pelke, E., Ost, O.: Carbonbeton - Eine neue Verstärkungs-methode für Massivbrücken -Teil 1: Grundlagen und Hintergründe zum Pilotprojekt „Brücken über die Nidda im Zuge der BAB A 648“. In: Beton- und Stahl-betonbau 116(2021), Heft2, S. 101-108. DOI: 10.1002/ best.202000094. [17] Steinbock, O.; Bösche,T.; Schumann, A.: Carbonbeton -Eine neue Verstärkungs-methode für und Informationen zur Zustimmung im Einzelfall für das Pilotprojekt Brücken über die Nidda im Zuge der BAB A 648. 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